Rutherford ve Altın Folyo Deneyi
Altın folyoya gönderilen alfa parçacıklarının çoğu geçti, azı geri döndü. Bu sürprizin atom çekirdeğini nasıl ele verdiğini anlatıyoruz.
Yirminci yüzyılın başında atom, pozitif bir hamurun içinde gömülü negatif parçacıklar gibi düşünülüyordu. Bu resme üzümlü kek modeli denir. Ernest Rutherford'un ekibi, ince bir altın folyoya alfa parçacıkları gönderdi. Beklenti, parçacıkların folyoyu az çok dümdüz geçmesiydi. Çoğu geçti. Çok küçük bir kesri ise büyük açılarla, kimi neredeyse geldiği yöne döndü. Kek modeli bu dönüşü taşıyamadı.
Folyo neden inceydi
Altın dövülünce birkaç bin atom kalınlığında bir yaprak olur. Kalın bir levha, parçacığı yolda durdurur. İnce yaprak, tek tük sapmaları saymayı mümkün kılar. Sayılan şey bir kıvılcım değil, perdede beliren tek tek varışlardır. Geiger ve Marsden bu sayımı yürüttü. Rutherford, sayımın ne anlama geldiğini 1911'de yayımlanan yorumuyla topladı.
Alfa parçacığı, helyum çekirdeğidir. Radyoaktif bir kaynaktan çıkar ve pozitif yük taşır. Radyoaktivitenin o yıllardaki çerçevesi Marie Curie yazısında ayrıca durur. Burada yeterli olan, elde hızlı ve yüklü bir mermi olmasıdır. Mermi, atomun içinden geçerken yüklerin itmesine bakar.
Geri dönüş neyi ele verdi
Üzümlü kekte pozitif yük bütün atoma yayılmıştır. Böyle yumuşak bir dağılım, hızlı bir alfa parçacığını geri çeviremez. Büyük açıyla sapma, parçacığın çok küçük ve çok yoğun bir pozitif bölgeye yaklaştığını gösterir. O bölgeye çekirdek denir. Atomun kütlesinin büyük bölümü oradadır. Çekirdeğin çevresi ise parçacığın çoğunun hiç sapmadan geçeceği kadar boştur.
Rutherford bu sürprizi, ince bir tabakadan seken ağır bir mermi kadar beklenmedik bulmuştu. Benzetme, sayının kendisi değildir. Sayının, eski modele sığmadığını anlatır. Model sığmayınca model değişir. Bu değişim, hipotezin gözlemle elenmesinin temiz bir örneğidir.
Çekirdek, protonun keşfi değildir
Folyo deneyi, atomun ortasında yoğun bir çekirdek olduğunu gösterdi. Hidrojen çekirdeğinin ayrı bir parçacık olarak proton diye adlandırılması sonraki yıllara kalır. İkisini aynı günün işi saymak, deneyi olduğundan büyük bir paket yapar. Paket büyüyünce hangi ölçünün neyi kanıtladığı kaybolur.
Çekirdeğin içinde nötron olduğu da bu deneyden çıkmaz. Nötron, yüksüz olduğu için alfa parçacığını aynı yolla saptırmaz. Onu başka deneyler aradı. Folyo, yükün nerede toplandığını söyledi. İçerideki nötr parçayı söylemedi.
Boşluk ne kadar boş
Çekirdek, atomun çapına göre çok küçüktür. Bu yüzden çoğu alfa parçacığı yoluna devam eder. Küçük olmak, çekirdeğin önemsiz olduğu anlamına gelmez. Kimyasal bağlar elektronların işidir. Kütle ve pozitif yük ise çekirdekte toplanır. İki cümle birden doğrudur. Atom hem boştur hem de o boşluğun ortasında, elementi belirleyen bir çekirdek taşır.
Deneyin sınırı da açıktır. Altın, ağır bir çekirdek seçmek için uygundu. Her madde aynı yaprak haline gelmez. Sonuç, yalnız altına özgü bir tuhaflık değildir. Aynı sapma mantığı, yükü küçük bir hacimde toplanmış başka çekirdekler için de geçerlidir. Genelleme, tek bir folyodan bütün kimyayı bitirmek değildir.
Sık sorulan sorular
Parçacıkların hepsi geri mi döndü?
Hayır. Büyük çoğunluğu folyoyu geçti. Geriye yakın sapanlar çok küçük bir kesirdi. Asıl bilgi, o küçük kesrin varlığıdır.
Deney protonu mu buldu?
Hayır. Yoğun ve pozitif bir çekirdek olduğunu gösterdi. Proton adı ve nötron, başka çalışmaların konusudur.
Neden altın kullanıldı?
Altın çok ince dövülebilir. İnce yaprak, parçacığın tek tük sapmasını saymayı mümkün kılar. Kalın bir levha parçacığı yolda durdurur.